KR101611109B1 - 스크롤 압축기 - Google Patents

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다이킨 고교 가부시키가이샤
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Abstract

중간 주입을 행하는 스크롤 압축기에 있어서, 주입 포트(55)를 흡입 완전폐쇄(completely closed) 직후의 압축실(35a, 35b)에 연통하는 위치에 형성한다. 또, 가동측 랩(42)에, 감기 시작 측으로부터 감기 종료측을 향해 이두께(tooth thickness)가 확대되는 이두께 확대부(45a)와, 이 이두께 확대부(45a)로부터 감기 종료측을 향해 이두께가 축소하는 이두께 축소부(45b)를 갖는 후육부(厚肉部)(45)를 형성하고, 주입(55) 포트의 직경을 후육부(45)에 맞추어 크게 한다. 이렇게 함으로써, 주입 유량(流量)을 늘리도록 함과 동시에, 압축기의 효율 저하와 압축기구의 대형화 및 비용증대를 억제한다.

Description

스크롤 압축기{SCROLL COMPRESSOR}
본 발명은, 중간 주입기구를 구비한 스크롤 압축기에 관하며, 특히, 주입 유량(流量)을 늘리기 위한 구조에 관한 것이다.
종래, 스크롤 압축기는, 일반적으로 케이싱 내에 압축기구와 구동기구를 구비하고 있다. 압축기구는, 고정 스크롤과 가동(可動) 스크롤을 구비하고, 양 스크롤은, 서로 대향하여 배치되는 경판(鏡板)과, 각 경판에 일체적으로 형성되어 서로 맞물리는 소용돌이 형의 랩을 구비하고 있다.
스크롤 압축기의 압축기구에서는, 고정 스크롤의 랩(고정측 랩이라 함)과 가동 스크롤의 랩(가동측 랩이라 함)이 맞물림으로써, 고정 스크롤과 가동 스크롤 사이에 압축실이 형성된다. 가동 스크롤에는, 구동기구에 설치되어 있는 크랭크 축(구동축)의 크랭크 핀이 연결되어 있다. 그리고, 크랭크 축이 회전함으로써, 가동 스크롤이 고정 스크롤에 대해 선회하면, 압축실의 용적이 확대와 축소를 반복한다. 압축기구는, 압축실의 용적이 확대될 때에 냉매를 흡입하고, 축소할 때에 냉매를 압축하여 토출한다.
한편, 스크롤 압축기에는, 압축기구에 중간압 냉매를 주입하기 위한 주입기구를 구비한 것이 있다(예를 들어, 특허문헌 1 참조). 특허문헌 1에 기재된 압축기구에는, 고정 스크롤의 경판을 축방향으로 관통하여 압축실의 중간압 위치에 개구하는 주입 포트가 형성되어 있다. 이 주입 포트는, 고정측 랩의 소용돌이 사이에 형성되는 홈의 중앙부에, 가동측 랩의 두께 치수보다 작은 직경 치수로 형성되어 있다.
이 구성에 의하면, 상기 주입 포트는, 고정측 랩의 내주(內周)면과 가동측 랩의 외주(外周)면과의 사이에 형성되는 제 1 압축실과, 고정측 랩의 외주면과 가동측 랩의 내주면과의 사이에 형성되는 제 2 압축실에 교대로 연통(連通)한다. 즉, 가동 스크롤이 선회(旋回) 동작을 행하면, 가동측 랩이 고정측 랩의 내주면과 외주면 사이를 왕복 동작할 때에 상기 주입 포트를 횡단하여 이동하고, 가동측 랩이 주입 포트와 고정측 랩의 외주면과의 사이에 위치할 때에 주입 포트가 제 1 압축실에 연통하고, 가동측 랩이 주입 포트와 고정측 랩의 내주면과의 사이에 위치할 때에 주입 포트가 제 2 압축실에 연통한다.
한편, 성능 향상을 위해, 주입 유량을 보다 많게 하도록 압축기구를 구성한 것도 있다(예를 들어, 특허문헌 2, 3 참조). 특허문헌 2, 3의 압축기구에서는, 가동측 랩의 이두께(tooth thickness) 치수보다 직경 치수가 큰 주입 포트를 고정 스크롤에 형성하여, 주입 유량을 늘리도록 하고 있다.
일본 특허공개 평성 11-107945호 공보 미국 특허 제 6,619,936호 명세서 일본 특허공개 소화 63-243481호 공보
그러나, 특허문헌 2, 3과 같이 주입 포트의 직경치수를 가동측 랩의 두께 치수보다 크게 하면, 압축기구의 동작 중에 주입 포트가 이 가동측 랩을 사이에 두고 제 1 압축실과 제 2 압축실에 동시에 연통되어 버린다. 그리고, 제 1 압축실과 제 2 압축실이 연통하면, 압력이 다른 제 1 압축실과 제 2 압축실 사이에서 냉매가 누설되어, 압축기의 효율이 저하되어 버린다.
또, 주입 포트의 직경을 크게 하는 구성에 있어서, 가동측 랩의 두께 치수도 두껍게 하여 제 1 압축실과 제 2 압축실이 연통하지 않도록 하면, 가동측 랩이 두꺼워진 만큼 가동 스크롤의 질량이 크게 되어, 압축기구의 대형화와 비용 증대를 초래하여 버린다.
본 발명은, 이와 같은 문제점을 감안하여 창안된 것이고, 그 목적은, 중간 주입을 행하는 스크롤 압축기에 있어서, 주입 유량을 늘리도록 함과 동시에, 압축기의 효율저하와 압축기구의 대형화 및 비용증대를 억제하는 데 있다.
제 1 발명은, 고정측 경판(51)과 이 고정측 경판(51)에 세워 설치된 소용돌이 벽형상의 고정측 랩(52)을 갖는 고정 스크롤(50)과, 가동측 경판(41)과 이 가동측 경판(41)에 세워 설치된 소용돌이 벽형상의 가동측 랩(42)을 갖는 가동 스크롤(40)을 가지며, 고정측 랩(52)과 가동측 랩(42)이 맞물려져 양 스크롤(40, 50) 사이에 압축실(35a, 35b)이 형성되는 압축기구(30)를 구비하고, 상기 고정 스크롤(50)에, 상기 고정측 경판(51)에 형성된 연통로를 통해 상기 압축실(35a, 35b)에 연통하는 주입 포트(55)가 형성된 스크롤 압축기를 전제로 하고 있다.
그리고, 이 스크롤 압축기에서는, 상기 가동측 랩(42)의 주입 포트(55)에 대응하는 부위에, 이 가동측 랩(42)의 감기 시작측에서부터 감기 종료측을 향해 이두께가 확대되는 이두께 확대부(45a)를 포함한 후육부(厚肉部)(45)가 형성되고, 이 후육부(45)의 두께 치수가, 상기 가동측 랩(42) 이두께 방향으로의 주입 포트(55)의 개구(開口) 치수 이상인 것을 특징으로 한다. 이 개구 치수는, 예를 들어 주입 포트(55)가 원형구멍인 경우는 직경 치수이고, 긴 구멍인 경우는 폭 치수이다.
이 제 1 발명에서는, 가동 스크롤(40)이 선회하면, 주입 포트(55)는, 고정측 랩(52)의 내주면(內周面)과 가동측 랩(42)의 외주면(外周面)과의 사이에 형성되는 제 1 압축실(35a, 35b)과, 고정측 랩(52)의 외주면과 가동측 랩(42)의 내주면과의 사이에 형성되는 제 2 압축실(35a, 35b)에 교대로 연통한다. 즉, 가동 스크롤(40)이 선회동작을 행하면, 가동측 랩(42)이 고정측 랩(52)의 내주면과 외주면의 사이를 왕복 동작할 때에 상기 주입 포트(55)를 횡단하여 이동하고, 가동측 랩(42)이 주입 포트(55)와 고정측 랩(52)의 내주면과의 사이에 위치할 때에 주입 포트(55)가 제 1 압축실(35a, 35b)에 연통하고, 가동측 랩(42)이 주입 포트(55)와 고정측 랩(52)의 외주면과의 사이에 위치할 때에 주입 포트(55)가 제 2 압축실(35a, 35b)에 연통한다. 주입 포트(55)가 제 1 압축실(35a, 35b)에 연통하면 이 제 1 압축실(35a, 35b)로 중간압 냉매가 주입되고, 주입 포트(55)가 제 2 압축실(35a, 35b)에 연통하면 이 제 2 압축실(35a, 35b)로 중간압 냉매가 주입된다.
가동측 랩(42)에는, 두께 치수가 주입 포트(55)의 상기 개구 치수 이상의 후육부(45)가 형성되므로, 가동측 랩(42)이 주입 포트(55)를 횡단할 때에는, 주입 포트(55)는 후육부(45)에 의해 폐색(閉塞)된다. 이와 같이, 주입 포트(55)의 전체가 가동측 랩(42)에 의해 막히므로, 이 발명에서 제 1 압축실(35a, 35b)과 제 2 압축실(35a, 35b)이 동시에 연통하는 상태는 발생하지 않는다.
제 2 발명은, 제 1 발명에 있어서, 상기 가동측 랩(42)의 후육부(45)가, 상기 이두께 확대부(45a)측으로부터 랩의 감기 종료측을 향해 이두께가 축소되는 이두께 축소부(45b)를 포함하는 것을 특징으로 한다.
이 제 2 발명에서는, 가동측 랩(42)의 후육부(45)를 구성하는 이두께 확대부(45a)로부터 이두께 축소부(45b)의 범위 내의 부분에 의해, 상기 주입 포트(55)의 개폐 동작이 이루어진다.
제 3 발명은, 제 2 발명에 있어서, 상기 가동측 랩(42)의 후육부(45)가, 상기 이두께 확대부(45a)와 이두께 축소부(45b)와의 사이에서 이 이두께 확대부(45a)와 이두께 축소부(45b)에 연접(連接)하는 연접부(45c)를 포함하는 것을 특징으로 한다. 이 연접부(45c)는, 이두께가 일정한 부분이라도 되고, 이두께 확대부(45a)와 이두께 축소부(45b) 사이에 이두께 변화가 완만한 부분을 형성한 것이라도 된다.
이 제 3 발명에서는, 가동측 랩(42)의 후육부(45)를 구성하는 이두께 확대부(45a)로부터 연접부(45c)를 거쳐 이두께 축소부(45b)에 걸치는 범위 내의 부분에 의해, 상기 주입 포트(55)의 개폐 동작이 이루어진다.
제 4 발명은, 제 1, 제 2 또는 제 3 발명에 있어서, 상기 가동측 랩(42)의 후육부(45)가, 이 가동측 랩(42) 내주면의 소용돌이 형상을 기준으로 외주면이 지름방향 바깥쪽으로 팽출함으로써 형성되고, 상기 고정측 랩(52)에는, 상기 가동측 랩(42)의 후육부(45)에 대응하고, 이 고정측 랩(52)의 내주면이 지름방향 바깥쪽으로 패인 요함(凹陷)부(57)가 형성되는 것을 특징으로 한다.
상기 제 1, 제 2, 제 3 발명에서는, 상기 후육부(45)를 가동측 랩(42)의 내주면 측을 팽창시킴으로써 형성하거나, 내주면 측과 외주면 측의 양방을 팽창시킴으로써 형성하는 것이 가능하나, 이 제 4 발명에서는, 상기 후육부(45)를 가동측 랩(42)의 외주면 측을 팽창시켜 형성하고, 고정측 랩(52)에는 내주면 측에, 이에 대응한 요함부(57)를 형성하도록 한다.
이 제 4 발명에서는, 상기 가동 스크롤(40)은, 그 선회 시에, 가동측 랩(42)의 후육부(45) 표면이 고정측 랩(52)의 요함부(57) 표면을 따르면서 위치가 변화한다. 상기 후육부(45)와 요함부(57)가 대응하도록 형성되므로, 가동 스크롤(40)의 선회 시에 후육부(45)와 요함부(57) 사이에 동작 불량이나 냉매의 누설은 발생하지 않는다.
제 5 발명은, 제 1에서 제 4 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 주입 포트(55)가, 압축기구(30) 작동 중의 흡입 완전폐쇄(completely closed) 직후의 압축실(35a, 35b)과 연통하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 한다.
이 제 5 발명에서는, 주입 포트(55)를 가동측 랩(42)의 감기 시작 측보다 감기 종료 측에 가까운 위치에 형성할 수 있다. 따라서, 가동측 랩(42)의 후육부(45)도 감기 종료 측에 가까운 위치에 형성되고, 고정측 랩(52)의 요함부(57)도 감기 종료 측에 가까운 위치에 형성된다.
제 6 발명은, 제 1에서 제 5 발명 중 어느 하나에 있어서, 상기 압축기구(30)가, 고정측 랩(52)의 소용돌이 길이와 가동측 랩(42)의 소용돌이 길이가 다른 비대칭 소용돌이 구조로 구성되고, 상기 주입 포트(55)가 고정측 랩(52)의 소용돌이 홈의 중앙부에 형성되는 것을 특징으로 한다.
대칭 소용돌이 구조에서는 가동측 랩(42)과 고정측 랩(52)의 감기 종료 단(端)의 흡입 개구가 2개 있고, 압축실(35a, 35b)도 대칭구조이므로 주입 포트(55)도 2개 고정측 랩(52)의 근방에 설치되나, 이 제 6 발명에서는, 비대칭 소용돌이 구조를 채용하고 있으므로, 가동측 랩(42)과 고정측 랩(52)의 감기 종료 단의 흡입 개구가 1개이고, 주입 포트(55)도 1개로 할 수 있다.
또, 비대칭 소용돌이 구조이면, 주입 포트(55)를 1개로 하여 고정측 랩(52)의 소용돌이 홈의 중앙부에 형성함으로써, 이 주입 포트(55)를 제 1 압축실(35a, 35b)과 제 2 압축실(35a, 35b)로 공용할 수 있으므로, 주입 포트(55)가 2개 고정측 랩(52) 근방에 있는 경우에 비해, 주입 포트(55)가 각 압축실(35a, 35b)에 개구하는 각도범위가 좁아진다. 그 결과, 주입 포트(55)가 제 1 압축실(35a, 35b)과 제 2 압축실(35a, 35b)에 교대로 연통하는 동안에 주입 포트(55)가 폐쇄된 때, 압축실(35a, 35b)의 용적 변화에 의한 압력 상승이 적은 상태로 된다.
본 발명에 의하면, 가동측 랩(42)의 주입 포트(55)에 대응하는 부위에, 랩의 감기 시작 측으로부터 감기 종료측을 향해 이두께가 확대하는 이두께 확대부(45a)를 포함한 후육부(45)를 형성하고, 이 후육부(45)의 두께 치수를 주입 포트(55)의 상기 개구 치수 이상으로 하므로, 주입 포트(55)를 크게 하여도, 주입 포트(55)가 폐쇄된 때에는, 주입 포트(55) 전체가 가동측 랩(42)으로 덮인다.
따라서, 제 1 압축실(35a, 35b)과 제 2 압축실(35a, 35b)이 연통하지 않으므로, 주입 포트(55)의 상기 개구 치수를 크게 하여도 제 1 압축실(35a, 35b)과 제 2 압축실(35a, 35b) 사이에 냉매가 누설되는 것을 방지할 수 있고, 압축기의 효율 저하를 억제할 수 있다. 또, 주입 포트(55)의 상기 개구 치수를 크게 할 수 있으므로, 주입 유량을 많게 하는 것도 가능해진다. 또한, 가동측 랩(42)에는, 그 일부에 후육부(45)를 형성하기만 하면 되고, 가동 스크롤(40)의 질량이 증가되어 버리는 것도 억제할 수 있으므로, 기구의 대형화와 비용 증대도 억제할 수 있다.
상기 제 2, 제 3 발명에 의하면, 가동측 랩(42)의 후육부(45)를 상기 이두께 확대부(45a)로부터 이두께 축소부(45b)의 범위 내에 형성하므로, 이두께 확대부(45a)보다 가동측 랩(42)의 감기 시작 측의 부분과, 이두께 축소부(45b)보다 가동측 랩(42)의 감기 종료 측 부분의 양쪽을, 후육부(45)보다 얇게 할 수 있다. 따라서, 가동 스크롤(40)의 질량이 증가하는 것을 보다 확실하게 억제하는 것이 가능하게 된다.
상기 제 4 발명에 의하면, 가동측 랩(42)의 후육부(45)를 이 가동측 랩(42)의 외주 측에 형성하고, 고정측 랩(52)의 요함부(57)를 상기 후육부(45)에 대응하여 이 고정측 랩(52)의 내주 측에 형성하므로, 가동 스크롤(40)이 선회한 때에 이 후육부(45)와 요함부(57) 사이에서의 동작 불량과 냉매의 누설은 발생하지 않는다. 또, 가동측 랩(42)의 외주 측을 팽창시키는 것도 고정측 랩(52)의 내주 측을 오목하게 하는 것도 가공이 용이하므로, 제조가 복잡해지는 것을 방지할 수 있다.
상기 제 5 발명에 의하면, 주입 포트(55)를 가동식 랩(42)의 감기 시작 측보다 감기 종료 측에 가까운 위치에 형성할 수 있으므로, 가동측 랩(42)의 후육부(45)와 고정측 랩(52)의 요함부(57) 모두 감기 종료 측에 가까운 위치에 형성할 수 있다. 후육부(45)와 요함부(57) 모두 감기 종료 측이면, 감기 시작 측보다 가공하기 쉬워, 제조를 용이하게 행할 수 있다.
상기 제 6 발명에 의하면, 상기 압축기구(30)를 비대칭 소용돌이 구조로 하고, 상기 주입 포트(55)를 고정측 랩(52)의 소용돌이 홈의 중앙부에 형성하도록 하므로, 주입 포트(55)를 1개로 하여 제 1 압축실(35a, 35b)과 제 2 압축실(35a, 35b)로 공용할 수 있다. 제 1 압축실(35a, 35b)용의 주입 포트(55)와 제 2 압축실(35a, 35b)용의 주입 포트(55)를 각각 형성하면, 포트가 랩의 근방에 위치하므로, 주입 포트(55)가 각 압축실(35a, 35b)에 개구하는 각도범위가 넓어지는 데 비해, 주입 포트(55)를 1개로 하면 주입 포트(55)가 각 압축실(35a, 35b)에 개구하는 각도범위를 좁게 할 수 있다. 그 결과, 압축실(35a, 35b)의 용적변화에 의한 압력상승이 적은 상태에서 주입 포트(55)를 폐쇄하는 것이 가능하게 되며, 중간압의 상승을 억제할 수 있다. 따라서, 압축기 효율이 나빠지는 것을 방지할 수 있다.
그리고, 특히, 상기 주입 포트(55)를, 압축기구(30) 작동 중의 흡입 완전폐쇄 직후의 압축실(35a, 35b)과 연통하는 위치에 형성함으로써, 가동측 랩(42)의 후육부(45)와 고정측 랩(52)의 요함부(57) 모두 각 랩의 최외주(最外周) 부분에 형성하는 것이 가능하게 되고, 종래 형상의 비대칭 소용돌이 구조에 용이하게 적용하는 것이 가능하게 된다.
도 1은, 본 발명의 실시형태에 관한 스크롤 압축기의 종단면도이다.
도 2는, 고정용 랩과 가동측 랩을 맞물리게 한 상태에서의 고정 스크롤의 저면(底面)도이다.
도 3의 (A)은, 가동측 랩의 소용돌이 형상을 나타내는 단면도이고, 도 3의 (B)은, 고정측 랩의 소용돌이 형상을 나타내는 저면도이다.
도 4는, 압축기구의 동작상태를 나타내는 단면도이고, 도 4의 (A)는, 크랭크(crank) 각도가 0°(360°)인 상태, 도 4의 (B)는 크랭크 각도가 90°인 상태, 도 4의 (C)는 크랭크 각도가 180°인 상태, 그리고, 도 4의 (D)는 크랭크 각도가 270°인 상태를 나타낸다.
도 5는, 가동측 랩 후육부의 변형예를 나타내는 부분 확대도이다.
도 6은, 주입 포트의 변형예를 나타내는 도이다.
이하, 본 발명의 실시형태를 도면에 기초하여 상세하게 설명한다.
이 실시형태에 관한 스크롤 압축기(1)는, 증기 압축식 냉동 사이클을 행하는, 도시하지 않은 냉매회로의 압축행정을 행하는 것이고, 증발기로부터 흡입한 저압의 냉매를 고압으로 압축하여 응축기(방열기)로 토출한다. 도 1은 스크롤 압축기(1)의 종단면도, 도 2는 압축기구의 구조를 나타내는 도이다.
스크롤 압축기(1)는, 세로로 길고 밀폐용기 형상의 케이싱(10)을 구비한다. 케이싱(10)의 내부에는, 하측에서부터 상측을 향해, 전동기(20)와 압축기구(30)가 배치되어 있다. 전동기(20)는, 케이싱(10)의 몸체부에 고정된 고정자(21)와, 고정자(21) 내측에 배치된 회전자(22)를 구비한다. 회전자(22)에는, 크랭크 축(25)이 연결된다.
압축기구(30)는, 가동 스크롤(40)과 고정 스크롤(50)을 구비한다. 가동 스크롤(40)은, 거의 원판형의 가동측 경판(41)과, 이 가동측 경판(41)에 세워 설치된 소용돌이 벽형상의 가동측 랩(42)을 구비한다. 가동측 경판(41)의 배면(하면)에는, 크랭크 축(25)의 편심부(26)가 삽입되는 원통형 돌출부(43)가 세워 설치된다. 가동 스크롤(40)은, 올댐 커플링(Oldham coupling)(31)을 개재하여, 가동 스크롤(40) 하측의 하우징(32)에 지지된다. 한편, 고정 스크롤(50)은, 거의 원판형의 고정측 경판(51)과, 이 고정측 경판(51)에 세워 설치된 소용돌이 벽형상의 고정측 랩(52)을 구비한다. 압축기구(30)에서는, 고정측 랩(52)과 가동측 랩(42)이 서로 맞물림으로써, 양 랩(42, 52)의 접촉부 사이에 복수의 압축실(35)이 형성된다.
본 실시형태의 스크롤 압축기(1)에서는, 이른바 비대칭 소용돌이 구조가 채용되고, 고정측 랩(52)과 가동측 랩(42)에 따라 감기 수(소용돌이의 길이)가 상이하다. 상기 복수의 압축실(35)은, 고정측 랩(52)의 내주면과 가동측 랩(42)의 외주면과의 사이에 구성되는 제 1 압축실(35a)과, 고정측 랩(52)의 외주면과 가동측 랩(42)의 내주면과의 사이에 구성되는 제 2 압축실(35b)에 의해 구성된다.
압축기구(30)에서는, 고정 스크롤(50)의 바깥 가장자리부에 흡입 포트(36)가 형성된다. 이 실시형태에서는, 비대칭 소용돌이 구조를 채용함으로써, 1개의 흡입포트(36)가 제 1 압축실(35a)과 제 2 압축실(35b) 양쪽에 연통하도록 구성된다. 흡입포트(36)에는 흡입관(11)이 접속된다. 흡입포트(36)는, 가동 스크롤(40)의 공전(公轉) 운동에 수반하여, 제 1 압축실(35a)과 제 2 압축실(35b) 각각에 간헐적으로 연통한다. 흡입포트(36)에는, 압축실(35)로부터 흡입관(11)으로 되돌아오는 냉매의 흐름을 금지하는 흡입 역지밸브(check valve)가 설치된다(도시 생략).
또, 압축기구(30)에서는, 고정측 경판(51)의 중앙부에 토출포트(53)가 형성된다. 토출포트(53)는, 가동 스크롤(40)의 공전운동에 수반하여, 제 1 압축실(35a)과 제 2 압축실(35b) 각각에 간헐적으로 연통한다. 토출포트(53)는, 고정 스크롤(50)의 상측 머플러 공간(54)에 개구한다.
케이싱(10) 내는, 원반(圓盤)형의 상기 하우징(32)에 의해, 상측의 흡입측 공간(15)과 하측의 토출측 공간(16)으로 구획된다. 토출측 공간(16)은, 연결통로(56)를 통해 머플러 공간(54)으로 연통한다. 운전 중의 토출측 공간(16)은, 토출 포트(53)로부터의 토출 냉매가 머플러 공간(54)을 통해 유입하므로, 압축기구(30)에서 압축된 냉매로 채워진 고압공간이 된다. 토출측 공간(16)에는, 케이싱(10)에 고정된 토출관(13)이 개구된다.
케이싱(10)의 바닥부에는, 냉동기 오일이 저류(貯留)되는 오일저류가 형성된다. 크랭크 축(25)의 내부에는, 오일저류에 개구하는 제 1 급유통로(27)가 형성된다. 또, 가동측 경판(41)에는, 제 1 급유통로(27)에 접속하는 제 2 급유통로(44)가 형성된다. 이 스크롤 압축기(1)에서는, 오일저류의 냉동기 오일이 제 1 급유통로(27) 및 제 2 급유통로(44)를 통해 저압측의 압축실(35)로 공급된다.
다음에, 상기 압축기구(30)에 있어서, 압축실(35a, 35b)에 중간압 냉매를 주입하기 위한 구조에 대해 설명한다.
상기 고정 스크롤(50)에는, 상기 고정측 경판(51)에 형성된 연통로를 통해 상기 압축실(35)에 연통하는 주입 포트(55)가 형성된다. 이 주입 포트(55)에는 주입관(12)이 접속된다. 주입관(12)은, 고정측 경판(51)에 고정된다.
상기 주입 포트(55)는, 압축기구(30)의 작동 중에 흡입 완전폐쇄 직후의 압축실(35a, 35b)과 연통하는 위치에 형성되고, 각 압축실(35a, 35b)로의 냉매의 흡입이 끝나고 완전 폐쇄되면 바로 주입 포트(55)가 제 1 압축실(35a) 또는 제 2 압축실(35b)과 연통하도록 구성된다. 주입 포트(55)는, 구체적으로는, 도 3의 (A)의 랩 형상을 나타내는 도에 있어서, 소용돌이 형상의 가동측 랩(42)을 감기 시작 측(중심 측)에서부터 감기 종료 측(외주 측)을 향해, 제 1 구간(Z1), 제 2 구간(Z2), 제 3 구간(Z3) 및 제 4 구간(Z4)으로 나누었을 때에, 제 2 구간(Z2)과 제 3 구간(Z3)의 경계가 되는 위치에 대응하도록, 고정 스크롤(50)에 형성된다(도 3 (B)). 또, 이 실시형태에서는, 주입 포트(55)는 1개이고, 이 1개의 주입 포트(55)가 고정측 랩(52) 소용돌이 홈의 중앙부에 형성된다.
여기서, 일반적인 스크롤 압축기에 있어서, 가동측 랩은 감기 시작 측에서부터 감기 종료 측까지 이두께가 일정하다. 또, 그 밖의 예로는, 가동측 랩의 이두께를 감기 시작측에서부터 감기 종료측을 향해 동일한 비율로 얇아지도록 한 것이다. 일반적으로, 스크롤 압축기의 고정측 랩과 가동측 랩은 인벌류트(involute) 곡선으로 형성되며, 감기 시작측에서부터 감기 종료 측까지 이두께가 일정한 구성에서는, 랩 전체에 걸쳐 인벌류트의 기초 원 반지름(circle radius)은 일정하며 변화하지 않는다. 또, 감기 시작 측으로부터 감기 종료 측까지 이두께가 동일하게 얇아지는 구성에서는, 랩의 감기 시작 측으로부터 감기 종료 측을 향해 인벌류트의 기초 원 반지름이 작아지도록 구성된다.
본 실시형태에서는, 가동측 랩(42)의 이두께는, 제 1 구간(Z1)과 제 4 구간(Z4)에서는 일정하고 동일 두께이며, 제 2 구간(Z2)에서는 감기 종료측을 향해 두꺼워지고, 제 3 구간(Z3)에서는 감기 종료측을 향해 얇아진다. 이 구성에서, 제 1 구간(Z1)과 제 4 구간(Z4)의 인벌류트의 기초 반 원지름은 동일하고, 제 2 구간(Z2)에서는 인벌류트의 기초 원 반지름이 제 1 구간(Z1)과 제 4 구간(Z4)보다 크게 되고, 제 3 구간(Z3)에서는 인벌류트의 기초 원 반지름이 제 1 구간(Z1)과 제 4 구간(Z4)보다 작게 된다. 제 2 구간(Z2)과 제 3 구간(Z3)의 인벌류트의 기초 원 중심은, 제 1 구간(Z1)과 제 4 구간(Z4)의 인벌류트의 기초 원 중심과 동일 위치라도 되고, 다른 위치에 설정하여도 된다. 그리고, 감기 시작에서부터 감기 종료까지 이두께가 일정하게 형성되는 종래의 가동측 랩의 형상을, 도 3의 (A)에 가상선으로 나타낸다.
상기 주입 포트(55)는, 가동측 랩(42)의 제 1 구간(Z1)과 제 4 구간(Z4)의 이두께 치수보다 약간 큰 직경 치수로 형성된 원형의 구멍이다. 비교를 위해, 도 3의 (B)에는, 일정한 이두께로 형성된 종래의 일반적인 가동측 랩으로 폐색 가능한 주입 포트(55')를 가상선으로 나타낸다. 본 실시형태의 가동측 랩(42)은, 제 2 구간(Z2)과 제 3구간(Z3)의 두께 치수가 주입 포트(55)의 직경 치수 이상의 치수가 되도록 형성되고, 제 1 구간(Z1)과 제 4 구간(Z4)의 랩의 이두께 치수보다 큰 직경 치수로 형성된 주입 포트(55)를, 제 2 구간(Z2)에서 제 3 구간(Z3)의 범위에서 폐색할 수 있도록 된다.
구체적으로, 가동측 랩(42)에는, 주입 포트(55)에 대응하는 부위에, 가동측 랩(42)의 감기 시작측에서부터 감기 종료측을 향해 이두께가 확대하는 이두께 확대부(45a)를 포함한 후육부(45)가 형성된다. 또, 이 후육부(45)에는, 상기 이두께 확대부(45a)로부터 가동측 랩(42)의 감기 종료측을 향해 이두께가 축소하는 이두께 축소부(45b)가 포함된다. 이 이두께 확대부(45a)는 상기 가동측 랩의 제 2 구간(Z2)에 형성되고, 상기 이두께 축소부(45b)는 가동측 랩의 제 3 구간(Z3)에 형성된다. 그리고, 상기 후육부(45)의 이두께 치수가 주입 포트(55)의 직경 치수 이상으로 된다.
상기 가동측 랩(42)의 후육부(45)는, 이 가동측 랩(42)의 내주면 소용돌이 형상을 기준으로 외주면(외측면)이 지름방향 바깥쪽으로 팽출함으로써 형성된다. 한편, 상기 고정측 랩(52)에는, 상기 가동측 랩(42)의 후육부(45)에 대응하여, 이 고정측 랩(52)의 내주면(내측면)이 지름방향 바깥쪽으로 패인 요함부(57)가 형성된다.
-운전동작-
이 실시형태에서는, 가동 스크롤(40)이 선회하면, 주입 포트(55)는, 가동 스크롤(40)이 선회하는 상태를 90° 간격으로 나타내는 도 4에 나타내듯이, 고정측 랩(52)의 내주면과 가동측 랩(42)의 외주면과의 사이에 형성되는 제 1 압축실(35a)과, 고정측 랩(52)의 외주면과 가동측 랩(42)의 내주면과의 사이에 형성되는 제 2 압축실(35b)에 교대로 연통한다.
구체적으로, 가동 스크롤(40)은, 도 4의 (A), (B), (C), (D)의 차례로 선회 동작을 행하고, 가동측 랩(42)은, 고정측 랩(52)의 내주면과 외주면의 사이를 선회하면서 왕복동작을 한다. 이 때, 가동측 랩(42)은, 상기 주입 포트(55)를 지름방향 바깥쪽으로부터 내방으로, 또는 지름방향 내방으로부터 바깥쪽으로 횡단하여 이동한다.
가동측 랩(42)이 주입 포트(55)와 고정측 랩(52)의 외주면과의 사이에 위치할 때(도 4의 (B) 참조)에는, 주입 포트(55)가 제 1 압축실(35a)에 연통하고, 가동측 랩(42)이 주입 포트(55)와 고정측 랩(52)의 내주면과의 사이에 위치할 때(도 4 (D) 참조)에는, 주입 포트(55)가 제 2 압축실(35b)에 연통한다. 주입 포트(55)가 제 1 압축실(35a)에 연통하면, 이 제 1 압축실(35a)로 중간압 냉매가 주입되고, 주입 포트(55)가 제 2 압축실(35b)에 연통하면, 이 제 2 압축실(35b)로 중간압 냉매가 주입된다.
가동측 랩(42)에는, 두께 지름이 주입 포트(55)의 직경 치수 이상의 후육부(45)가 형성되므로, 가동측 랩(42)이 주입 포트(55)를 횡단할 때(도 4의 (A), (C))에는, 주입 포트(55)는 후육부(45)에 의해 폐색된다. 이와 같이, 주입 포트(55)의 전체가 가동측 랩(42)으로 막히므로, 이 실시형태에서 제 1 압축실(35a)과 제 2 압축실(35b)이 동시에 연통하는 상태는 발생하지 않는다.
그리고, 상기 후육부(45)는, 가동측 랩(42)의 내주면 측을 팽창시킴으로써 형성되거나, 내주면 측과 외주면 측의 양쪽을 팽창시킴으로써 형성하는 것이 가능하나, 이 실시형태에서는, 상기 후육부(45)를 가동측 랩(42)의 외주면 측을 팽창시켜 형성하고, 고정측 랩(52)에는 이에 대응한 요함부(57)를 형성하도록 한다. 이에 따라, 상기 가동 스크롤(40)은, 이 선회 시에, 가동측 랩(42)의 외주 측 후육부(45)의 표면이 고정측 랩(52)의 내주 측 요함부(57)의 표면을 따르면서 위치가 변화한다. 상기 후육부(45)와 요함부(57)가 대응하도록 형성되므로, 가동 스크롤(40)의 선회 시에 후육부(45)와 요함부(57) 사이에서 동작 불량과 냉매의 누설은 발생하지 않는다.
또, 이 실시형태에서는, 주입 포트(55)를 흡입 완전폐쇄 직후의 압축실(35a, 35b)과 연통하도록, 가동측 랩(42)의 감기 시작 측보다 감기 종료 측에 가까운 위치에 형성한다. 따라서, 가동측 랩(42)의 후육부(45)도 감기 종료 측에 가까운 위치에 형성되고, 고정측 랩(52)의 요함부(57)도 감기 종료 측에 가까운 위치에 형성된다. 따라서, 가동 스크롤(40)의 선회 시에, 랩(42, 52)의 감기 종료 측의 위치에서 주입 포트(55)가 개폐된다.
또한, 대칭 소용돌이 구조에서는 가동측 랩(42)과 고정측 랩(52)의 감기 종료 단의 흡입개구가 2개 있고, 압축실도 대칭구조이므로 주입 포트(55)도 일반적으로 2개 설치하나, 이 실시형태에서는, 비대칭 소용돌이 구조를 채용하고 있으므로, 가동측 랩(42)과 고정측 랩(52)의 감기 종료 단의 흡입 개구가 1개이고, 주입 포트(55)도 1개로 할 수 있다.
또, 비대칭 소용돌이 구조이면, 주입 포트(55)를 1개로 하여 고정측 랩(52)의 소용돌이 홈의 중앙부에 형성함으로써, 이 주입 포트(55)를 제 1 압축실(35a)과 제 2 압축실(35b)로 공용할 수 있으므로, 주입 포트(55)가 2개 있는 경우에 비해, 주입 포트(55)가 각 압축실에 개구하는 각도 범위가 좁아진다. 그 결과, 주입 포트(55)가 제 1 압축실(35a)과 제 2 압축실(35b)에 교대로 연통하는 동안에 주입 포트(55)가 폐쇄된 때, 압축실의 용적변화에 의한 압력상승이 적은 상태가 된다. 또한, 상술과 같이 주입 포트(55)를 가동측 랩(42)의 감기 종료 측의 저압부분에 형성하므로, 그만큼 주입 포트(55)의 완전폐쇄도 빨라지고, 중간압의 상승을 억제할 수 있다.
-실시형태의 효과-
본 실시형태에 의하면, 가동측 랩(42)의 주입 포트(55)에 대응하는 부위에, 이 가동측 랩(42)을 감기 시작 측으로부터 감기 종료측을 향해 이두께가 확대되는 이두께 확대부(45a)를 포함하는 후육부(45)를 형성하고, 이 후육부(45)의 두께 치수를 주입 포트(55)의 직경 치수 이상으로 한다. 따라서, 본 실시형태와 같이 주입 포트(55)를 크게 하여도, 주입 포트(55)가 폐쇄된 때에는, 주입 포트(55) 전체가 가동측 랩(42)에 의해 막힌다.
따라서, 가동 스크롤(40)의 선회 중에 제 1 압축실(35a)과 제 2 압축실(35b)이 연통하는 상태가 발생하지 않으므로, 주입 포트(55)의 직경을 크게 하여도 제 1 압축실(35a)과 제 2 압축실(35b) 사이에서 냉매가 누설되는 것을 방지할 수 있고, 압축기(1)의 효율저하를 억제할 수 있다. 또, 주입 포트(55)의 직경을 크게 할 수 있으므로, 주입 유량을 많게 하는 것도 가능해진다. 또한, 가동측 랩(42)에는, 그 일부에 후육부(45)를 형성하기만 하면 되고, 가동측 랩(42) 전체의 이두께를 크게 하는 경우에 비해 가동 스크롤(40)의 질량이 증가되어 버리는 것을 억제할 수 있으므로, 기구의 대형화와 비용증가도 억제할 수 있다.
또, 가동측 랩(42)의 후육부(45)를 상기 이두께 확대부(45a)와 이두께 축소부(45b) 범위에 형성하므로, 이두께 확대부(45a)보다 가동측 랩(42)의 감기 시작 측의 부분과, 이두께 축소부(45b)보다 가동측 랩(42)의 감기 종료 측 부분의 양쪽을 후육부(45)보다 얇게 할 수 있다. 따라서, 가동 스크롤(40)의 질량이 증가하는 것을 보다 확실하게 억제하는 것이 가능해진다.
또한, 상기 압축기구를 비대칭 소용돌이 구조로 하고, 상기 주입 포트(55)를 고정측 랩(52)의 소용돌이 홈 중앙부에 형성하도록 하므로, 주입 포트(55)를 1개로 하여 제 1 압축실(35a)과 제 2 압축실(35b)로 공용할 수 있다. 제 1 압축실(35a)용의 주입 포트(55)와 제 2 압축실(35b)용의 주입 포트(55)를 각각 형성하면, 주입 포트(55)가 각 압축실(35a, 35b)에 개구하는 각도범위가 넓어지는 데 반해, 주입 포트(55)를 1개로 하는 주입 포트(55)가 각 압축실(35a, 35b)에 개구하는 각도범위를 좁게 할 수 있다. 그 결과, 압축실(35a, 35b)의 용적변화에 의한 압력상승이 적은 상태에서 주입 포트(55)를 폐쇄하는 것이 가능하게 되고, 중간압의 상승을 억제할 수 있다. 따라서, 압축기의 효율이 나빠지는 것을 방지할 수 있다.
또, 특히, 상기 주입 포트(55)를, 압축기구(30) 작동 중의 흡입 완전폐쇄 직후의 압축실과 연통하는 위치에 형성함으로써, 가동측 랩(42)의 후육부(45)와 고정측 랩(52)의 요함부(57) 모두 각 랩의 최외주 쪽 부분에 형성하는 것이 가능하게 되고, 종래 형상의 비대칭 나선 구조에 용이하게 적용하는 것이 가능하게 된다.
그리고, 가동측 랩(42)의 후육부(45)를 이 가동측 랩(42)의 외주 측에 형성하고, 고정측 랩(52)의 요함부(57)를 상기 후육부(45)에 대응하여 이 고정측 랩(52) 내주측에 형성하므로, 가동 스크롤(40)이 선회한 때에 이 후육부(45)와 요함부(57) 사이에서의 동작 불량과 냉매의 누설은 발생하지 않는다.
또, 주입 포트(55)를 가동측 랩(42)의 감기 시작 측보다 감기 종료 측에 가까운 위치에 형성할 수 있으므로, 가동측 랩(42)의 후육부(45)와 고정측 랩(52)의 요함부(57) 모두 감기 종료 측에 가까운 위치에 형성할 수 있으므로, 후육부(45)와 요함부(57) 모두 감기 시작 측에 형성하는 것보다 가공하기 쉽고, 제조를 용이하게 행할 수 있다.
또한, 가동측 랩(42)의 외주 측을 팽창시키는 것과 고정측 랩(52)의 내주 측을 패이게 하는 것 모두, 가공은 용이하므로, 이것도 제조가 복잡해지는 것을 방지하는 데에 기여한다. 이와 같이, 이두께를 두껍게 하기 위해 주입 포트의 기초 원 반지름을 조작하는 범위가, 고정 스크롤(50)의 내측면 및 가동 스크롤(40)의 외측면 모두 최외주부만으로 가능하므로, 종래의 소용돌이(비대칭 소용돌이)로의 반영이 비교적 용이하고, 소용돌이의 경판 지름을 확대하는 일없이, 소용돌이 형상의 변경만으로 대응하는 것도 가능하다. 또, 종래의 비대칭 소용돌이 형상에 본 발명의 구조를 적용하는 경우, 소용돌이의 중심위치가 소용돌이 중심에 가까워지므로, 가동 스크롤(40)의 균형을 잡는데 필요한 중량을 저감시킬 수 있다.
≪그 밖의 실시형태≫
상기 실시형태에 대해서는, 이하와 같은 구성으로 하여도 된다.
예를 들어, 상기 실시형태에서는, 가동측 랩(42)의 제 2 구간(Z2)과 제 3 구간(Z3)의 이두께를 제 1 구간(Z1)과 제 4 구간(Z4)의 이두께보다 크게 하여 후육부(45)를 형성하도록 하나, 제 3 구간(Z3)과 제 4 구간(Z4)을 제 2 구간(Z2)의 감기 종료의 두께로 형성하고, 제 1 구간(Z1)보다 제 4 구간(Z4)의 이두께가 두껍게 되도록 하여도 된다. 또, 가동측 랩(42)의 제 1 구간(Z1)으로부터 제 2 구간(Z2)을 하나의 구간으로 하여 서서히 이두께가 두껍게 되도록 하고, 제 3 구간(Z3)과 제 4 구간(Z4)은 도 3의 (A)과 동일하게 형성하여도 된다. 이들의 어느 구성에서도, 주입 포트(55)를 크게 함으로써 주입 유량을 늘리는 것이 가능하고, 주입 포트(55)의 전체를 가동측 랩(42)의 후육부(45)로 막을 수 있으므로, 제 1 압축실(35a)로부터 제 2 압축실(35b)로의 냉매 누설은 발생하지 않는다. 또, 가동측 랩(42) 전체의 이두께를 두껍게 하지 않아도 되므로, 대형화와 비용 증대도 억제할 수 있다. 요컨대, 본 발명의 후육부(45)는, 가동측 랩(42)의 이두께 전체를 두껍게 하지 않고 주입 포트(55)를 크게 할 수 있는 것이라면, 형상은 적절히 변경하여도 된다.
또, 주입 포트(55)는, 반드시 완전폐쇄 직후의 압축실에 연통하는 위치에 형성하지 않아도 되고, 경우에 따라 도 3의 (B)의 위치보다 소용돌이의 내주 측 위치에 형성하여도 된다.
또한, 도 5의 변형예에 나타내듯이, 상기 가동측 랩(42)의 후육부(45)는, 상기 이두께 확대부(45a)와 이두께 축소부(45b)와의 사이에서 이 이두께 확대부(45a)와 이두께 축소부(45b)에 연접하는 연접부(45c)를 포함하도록 구성하여도 된다. 이두께 확대부(45a)의 감기 종료 측 단부(端部)와 이두께 축소부(45b)의 감기 시작 측 단부의 두께가 동일한 경우, 연접부(45c)의 이두께는, 일정하게 하면 되고, 이두께 확대부(45a)의 감기 종료 측 단부와, 이두께 축소부(45b)의 감기 시작 측 단부의 두께가 약간 다른 경우, 연접부(45c)는, 이두께 변화가 완만한 부분으로 하면 된다.
또, 상기 실시형태에서는 주입 포트(55)를 원형 구멍으로 하나, 도 6의 변형예에 나타내듯이 주입 포트(55)는 긴 구멍으로 하여도 된다. 이와 같이, 주입 포트(55)의 형상은, 상기 실시형태에 한정되는 것은 아니고, 상기 후육부(45)의 이두께 치수가, 이 이두께 방향으로 주입 포트(55)의 개구 치수(상기 실시형태에서는 원형구멍의 직경 치수) 이상의 치수로 되어 있는 한은, 적절히 변경하는 것이 가능하다.
또한, 상기 실시형태에서는, 본 발명을 비대칭 소용돌이 구조의 스크롤 압축기에 적용한 예를 설명하였으나, 본 발명은, 대칭 소용돌이 구조의 스크롤 압축기에 적용하여도 된다.
그리고, 이상의 실시형태는, 본질적으로 바람직한 예시이며, 본 발명, 그 적용물, 또는 그 용도의 범위를 제한하는 것을 의도하는 것은 아니다.
[산업상 이용 가능성]
이상 설명한 바와 같이, 본 발명은, 중간 주입기구를 구비한 스크롤 압축기에 대해 유용하다.
1 : 스크롤 압축기 30 : 압축기구
35a : 제 1 압축실 35b : 제 2 압축실
40 : 가동 스크롤 41 : 가동 측 경판
42 : 가동 측 랩 45 : 후육부
45a : 이두께 확대부 45b : 이두께 축소부
50 : 고정 스크롤 51 : 고정 측 경판
52 : 고정 측 랩 55 : 주입 포트
57 : 요함부

Claims (6)

  1. 고정측 경판(51)과 이 고정측 경판(51)에 세워 설치된 소용돌이 벽형상의 고정측 랩(52)을 갖는 고정 스크롤(50)과, 가동측 경판(41)과 이 가동측 경판(41)에 세워 설치된 소용돌이 벽형상의 가동측 랩(42)을 갖는 가동 스크롤(40)을 가지며, 고정측 랩(52)과 가동측 랩(42)이 맞물려 양 스크롤(40, 50) 사이에 압축실(35a, 35b)이 형성되는 압축기구(30)를 구비하고,
    상기 고정 스크롤(50)에, 상기 고정측 경판(51)에 형성된 연통로를 통해 상기 압축실(35a, 35b)에 연통하는 주입 포트(55)가 형성되어 있는 스크롤 압축기에 있어서,
    상기 가동측 랩(42)에는, 주입 포트(55)에 대응하는 부위에, 이 가동측 랩(42)의 감기 시작 측에서부터 감기 종료측을 향해 이두께(tooth thickness)가 확대되는 이두께 확대부(45a)를 포함한 후육부(厚肉部)(45)가 형성되고, 이 후육부의 두께 치수가, 상기 가동측 랩(42)의 이두께 방향으로의 주입 포트(55)의 개구(開口) 치수 이상이며,
    가동측 랩(42)이 주입 포트(55)를 횡단할 때에는 주입 포트(55)가 후육부(45)에 의해 폐색되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  2. 청구항 1에 있어서,
    상기 가동측 랩(42)의 후육부(45)는, 상기 이두께 확대부(45a)측으로부터 이 가동측 랩(42)의 감기 종료측을 향해 이두께가 축소되는 이두께 축소부(45b)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  3. 청구항 2에 있어서,
    상기 가동측 랩(42)의 후육부(45)가, 상기 이두께 확대부(45a)와 이두께 축소부(45b)와의 사이에서 이 이두께 확대부(45a)와 이두께 축소부(45b)에 연접하는 연접부(45c)를 포함하는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  4. 청구항 1에 있어서,
    상기 가동측 랩(42)의 후육부(45)는, 이 가동측 랩(42) 내주(內周)면의 소용돌이 형상을 기준으로 외주(外周)면이 지름방향 바깥쪽으로 팽출함으로써 형성되고,
    상기 고정측 랩(52)에는, 상기 가동측 랩(42)의 후육부(45)에 대응하고, 이 고정측 랩(52)의 내주면이 지름방향 바깥쪽으로 패인 요함(凹陷)부(57)가 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  5. 청구항 1에 있어서,
    상기 주입 포트(55)는, 압축기구(30)의 작동 중에 흡입 완전폐쇄(completely closed) 직후의 압축실(35a, 35b)과 연통하는 위치에 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
  6. 청구항 1에 있어서,
    상기 압축기구(30)는, 고정측 랩(52)의 소용돌이 길이와 가동측 랩(42)의 소용돌이 길이가 다른 비대칭 소용돌이 구조로 구성되고,
    상기 주입 포트(55)가 고정측 랩(52)의 소용돌이 홈 중앙부에 형성되는 것을 특징으로 하는 스크롤 압축기.
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